Synlett 2010(11): 1589-1605  
DOI: 10.1055/s-0029-1219937
ACCOUNT
© Georg Thieme Verlag Stuttgart ˙ New York

Catalytic Reactions of Chiral Guanidines and Guanidinium Salts

Dasheng Leowa, Choon-Hong Tan*b
a Department of Chemistry, The Scripps Research Institute, 10550 North Torrey Pines Road, La Jolla CA 92037, USA
b Department of Chemistry, National University of Singapore, 3 Science Drive 3, Singapore 117543, Singapore
Fax: +65(6779)1691; e-Mail: chmtanch@nus.edu.sg;
Further Information

Publication History

Received 9 February 2010
Publication Date:
19 May 2010 (online)

Abstract

This account chronicles our discovery and development of catalytic reactions using chiral guanidines and guanidinium salts.

1 Introduction

2 Chiral Guanidines as Brønsted Bases

2.1 Synthetic Route for the Catalyst

2.2 Michael Reactions

2.3 Henry Reactions

2.4 Phospha-Michael Reactions

2.5 Diels-Alder Reactions

2.6 Protonation Reactions

2.7 Isomerization Reactions

2.8 Mannich Reactions

3 Catalytic Reactions of Chiral Guanidinium Salts

3.1 Michael Reactions

3.2 Phospha-Mannich Reactions

4 Chiral Guanidines as Ligands

5 Conclusions and Outlook

    References

  • For reviews on organocatalysis, see:
  • 1a Dalko PI. Moisan L. Angew. Chem. Int. Ed.  2001,  40:  3726 
  • 1b Dalko PI. Moisan L. Angew. Chem. Int. Ed.  2004,  43:  5138 
  • 1c Enantioselective Organocatalysis: Reactions and Experimental Procedures   Dalko PI. Wiley-VCH; Weinheim: 2007. 
  • 1d Asymmetric Organocatalysis: From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric Synthesis   Berkessel A. Gröger H. Wiley-VCH; Weinheim: 2005. 
  • For reviews on organic Brønsted bases, see:
  • 2a Palomo C. Oiarbide M. López R. Chem. Soc. Rev.  2009,  38:  632 
  • 2b Superbases for Organic Synthesis   Ishikawa T. John Wiley & Sons; Chichester: 2009. 
  • 3 For a review on asymmetric catalysis utilizing hydrogen bonding, see: Doyle AG. Jacobsen EN. Chem. Rev.  2007,  107:  5713 
  • For selected examples of urea- and thiourea-catalyzed reactions, see:
  • 4a Curran DP. Kuo LH. J. Org. Chem.  1994,  59:  3259 
  • 4b Sigman MS. Jacobsen EN. J. Am. Chem. Soc.  1998,  120:  4901 
  • 4c Okino T. Hoashi Y. Takemoto Y. J. Am. Chem. Soc.  2003,  125:  12672 
  • 4d Taylor MS. Jacobsen EN. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  10558 
  • 5 Bordwell FG. Ji G.-Z. J. Am. Chem. Soc.  1991,  113:  8398 
  • 6a Gobbi A. Frenking G. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  2362 
  • 6b Gund PJ. J. Chem. Educ.  1972,  49:  100 
  • 7 Margetic D. In Superbases for Organic Synthesis   Ishikawa T. John Wiley & Sons; Chichester: 2009.  p.24 
  • For other personal research accounts, see:
  • 8a Ishikawa T. Isobe T. Chem. Eur. J.  2002,  8:  552 
  • 8b Nagasawa K. Hashimoto Y. Chem. Rec.  2003,  3:  201 
  • 8c Ishikawa T. ARKIVOC  2006,  (vii):  148 
  • For reviews on guanidines as Brønsted bases, see:
  • 9a Ishikawa T. Kumamoto T. Synthesis  2006,  737 
  • 9b Ishikawa T. In Superbases for Organic Synthesis   Ishikawa T. John Wiley & Sons; Chichester: 2009.  p.93 
  • 10 Corey EJ. Grogan MJ. Org. Lett.  1999,  1:  157 
  • 11 For a review on asymmetric guanidine catalysis, see: Leow D. Tan C.-H. Chem. Asian J.  2009,  4:  488 
  • 12a Hannon CL. Anslyn EV. In Bioorganic Chemistry Frontiers   Vol. 3:  Dugas H. Springer; Berlin: 1993.  p.193 
  • 12b Yamamoto Y. Kojima S. In The Chemistry of Amidines and Imidates   Vol. 2:  Patai S. Rappoport Z. John Wiley & Sons; New York: 1991.  p.485 
  • For reviews on guanidinium-based anionic receptors, see:
  • 13a Best MD. Tobey SL. Anslyn EV. Coord. Chem. Rev.  2003,  240:  3 
  • 13b Schug KA. Lindner W. Chem. Rev.  2005,  105:  67 
  • 13c Blondeau P. Segura M. Fernández RP. de Mendoza J. Chem. Soc. Rev.  2007,  36:  198 
  • 14 Echavarren E. Galan A. Lehn J.-M. de Mendoza J.
    J. Am. Chem. Soc.  1989,  109:  4994 
  • 15 Gleich A. Schmidtchen FP. Mikulcik P. Müller G.
    J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1990,  55 
  • 16a Galán A. Andreu D. Echavarren AM. Prados P. de Mendoza J. J. Am. Chem. Soc.  1992,  114:  1511 
  • 16b Alcázar V. Morán JR. de Mendoza J. Tetrahedron Lett.  1995,  36:  3941 
  • 16c Martín-Portugués M. Alcázar V. Prados P. de Mendoza J. Tetrahedron  2002,  58:  2951 
  • 17 Corey EJ. Ohtani M. Tetrahedron Lett.  1989,  30:  5227 
  • 18 Chinchilla R. Nájera C. Sánchez-Agulló P. Tetrahedron: Asymmetry  1994,  5:  1393 
  • 19 Iyer MS. Gigstad KM. Namdev ND. Lipton M. J. Am. Chem. Soc.  1996,  118:  4910 
  • 20 Davis AP. Dempsey KJ. Tetrahedron: Asymmetry  1995,  6:  2829 
  • 21 Ma D. Cheng K. Tetrahedron: Asymmetry  1999,  10:  713 
  • 22a Howard-Jones A. Murphy PJ. Thomas DA. J. Org. Chem.  1999,  64:  1039 
  • 22b Allingham MT. Howard-Jones A. Murphy PJ. Thomas DA. Caulkett PWR. Tetrahedron Lett.  2003,  44:  8677 
  • 23a Genski T. Macdonald G. Wei X. Lewis N. Taylor RJK. ARKIVOC  2000,  (iii):  266 
  • 23b McManus JC. Carey JS. Taylor RJK. Synlett  2003,  365 
  • 23c McManus JC. Genski T. Carey JS. Taylor RJK. Synlett  2003,  369 
  • 24 Isobe T. Fukuda K. Yamaguchi K. Seki H. Tokunaga T. Ishikawa T. J. Org. Chem.  2000,  65:  7779 
  • 25 Ye W. Leow D. Goh SLM. Tan C.-T. Chian C.-H. Tan C.-H. Tetrahedron Lett.  2006,  47:  1007 
  • 26 For reviews on organocatalytic asymmetric Michael reactions, see: Almaºi D. Alonso DA. Nájera C. Tetrahedron: Asymmetry  2007,  18:  299 
  • 27a Ishikawa T. Araki Y. Kumamoto T. Seki H. Fukuda K. Isobe T. Chem. Commun. (Cambridge)  2001,  245 
  • 27b Yu Z. Liu X. Zhou L. Lin L. Feng X. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  5195 
  • 27c Terada M. Ube H. Yaguchi Y. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  1454 
  • 28 Ye W. Xu J. Tan C.-T. Tan C.-H. Tetrahedron Lett.  2005,  46:  6875 
  • 29 Jiang Z. Ye W. Yang Y. Tan C.-H. Adv. Synth. Catal.  2008,  350:  2345 
  • 30a Ye W. Jiang Z. Zhao Y. Goh SLM. Leow D. Soh Y.-T. Tan C.-H. Adv. Synth. Catal.  2007,  349:  2454 
  • 30b Nielsen L. Brehm L. Krogsgaard-Larsen P. J. Med. Chem  1990,  33:  71 
  • For reviews, see:
  • 31a Hill AM. Nat. Prod. Rep.  2006,  23:  256 
  • 31b Staunton J. Weissman KJ. Nat. Prod. Rep.  2001,  18:  380 
  • 32 Jiang Z. Yang YY. Pan YH. Zhao YJ. Liu HJ. Tan C.-H. Chem. Eur. J.  2009,  15:  4925 
  • 33 Jiang Z. Pan Y. Zhao Y. Ma T. Lee R. Yang Y. Huang K.-W. Wong MW. Tan C.-H. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  3627 
  • 34a Müller K. Faeh C. Diederich F. Science (Washington, DC, U.S.)  2007,  317:  1881 
  • 34b Purser S. Moore PR. Swallow S. Gouverneur V. Chem. Soc. Rev.  2008,  37:  320 
  • 35 Haufe G. J. Fluorine Chem.  2004,  125:  875 
  • 36 Lee R. Lim X. Chen T. Tan GK. Tan C.-H. Huang K.-W. Tetrahedron Lett.  2009,  50:  60 
  • For reviews on asymmetric Henry reactions, see:
  • 37a Boruwa J. Gogoi N. Saikia PP. Barua NC. Tetrahedron: Asymmetry  2006,  17:  3315 
  • 37b Palomo C. Oiarbide M. Laso A. Eur. J. Org. Chem.  2007,  2561 
  • 38a Boyle PH. Convery MA. Davis AP. Hosken GD. Murray BA. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1992,  239 
  • 38b van Aken E. Wynberg H. van Bolhuis F.
    J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1992,  629 
  • 39a Sohtome Y. Takemura N. Takada K. Takagi R. Iguchi T. Nagasawa K. Chem. Asian J.  2007,  2:  1150 
  • 39b Ube H. Terada M. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2009,  19:  3895 
  • 40 For reviews on phospha-Michael reactions, see: Enders D. Saint-Dizier A. Lannou M.-I. Lenzen A. Eur. J. Org. Chem.  2006,  29 
  • 41 Jiang Z. Zhang Y. Ye W. Tan C.-H. Tetrahedron Lett.  2007,  48:  51 
  • For representative works, see:
  • 42a Carlone A. Bartoli G. Bosco M. Sambri L. Melchiorre P. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  4504 
  • 42b Ibrahem I. Rios R. Vesely J. Hammar P. Eriksson L. Himo F. Córdova A. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  4507 
  • 43 Terada M. Ikehara T. Ube H. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  14112 
  • 44 Fu X. Jiang Z. Tan C.-H. Chem. Commun. (Cambridge)  2007,  5058 
  • For reviews on asymmetric Diels-Alder reactions, see:
  • 45a Corey EJ. Angew. Chem. Int. Ed.  2002,  41:  1650 
  • 45b Shen J. Tan C.-H. Org. Biomol. Chem.  2008,  3229 
  • 45c In Asymmetric Organocatalysis: From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric Synthesis   Berkessel A. Gröger H. Wiley-VCH; Weinheim: 2005.  p.256 
  • 46 Peng B. Cheng K.-J. Ma D. Chin. J. Chem.  2000,  18:  411 
  • 47 Shen J. Nguyen TT. Goh Y.-P. Ye W. Fu X. Xu J. Tan C.-H. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  13692 
  • 48a Recupero F. Punta C. Chem. Rev.  2007,  107:  3800 
  • 48b Shen J. Tan C.-H. Org. Biomol. Chem.  2008,  4096 
  • 49a Soh JY.-T. PhD thesis, National University of Singapore (Singapore), 2009, 
  • 49b Leow D. PhD thesis, National University of Singapore (Singapore), 2009, 
  • 50a Wang Y. Li H. Wang Y.-Q. Liu Y. Foxman BM. Deng L. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  6364 
  • 50b Singh RP. Bartelson K. Wang Y. Su H. Lu X. Deng L. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  2422 
  • 51 Soh JY.-T. Tan C.-H. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  6904 
  • For excellent reviews on enantioselective protonation reactions, see:
  • 52a Mohr JT. Hong AY. Stoltz BM. Nat. Chem.  2009,  1:  359 
  • 52b Duhamel L. Duhamel P. Plaquevent J.-C. Tetrahedron: Asymmetry  2004,  15:  3653 
  • 52c Fehr C. Angew. Chem. Int. Ed. Engl.  1996,  35:  2566 
  • 52d In Asymmetric Organocatalysis: From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric Synthesis   Berkessel A. Gröger H. Wiley-VCH; Weinheim: 2005.  p.269 
  • 53 Pracejus H. Wilcke F.-W. Hanemann K. J. Prakt. Chem.  1977,  319:  219 
  • 54 Leow D. Lin S. Chittimalla SK. Fu X. Tan C.-H. Angew. Chem. Int. Ed.  2008,  47:  5641 
  • 55 Organosulfur Chemistry in Asymmetric Synthesis   Toru T. Bolm C. Wiley-VCH; Weinheim: 2008. 
  • 56 Lin S. Leow D. Huang K.-W. Tan C.-H. Chem. Asian J.  2009,  4:  1741 
  • 57 Modern Allene Chemistry   Krause N. Hashmi ASK. Wiley-VCH; Weinheim: 2004. 
  • 58 Oku M. Arai S. Katayama K. Shioiri T. Synlett  2000,  493 
  • 59 Liu H. Leow D. Huang K.-W. Tan C.-H. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  7212 
  • 60a Oppolzer W. Chapuis C. Dupuis D. Guo M. Helv. Chim. Acta  1985,  68:  2100 
  • 60b Jung ME. Nishimura N. Org. Lett.  2001,  3:  2113 
  • 61 Pan Y. Zhao Y. Ma T. Yang Y. Liu H. Jiang Z. Tan C.-H. Chem. Eur. J.  2010,  16:  779 
  • For selected examples, see:
  • 62a Li H. Zhang S. Yu C. Song X. Wang W. Chem. Commun. (Cambridge)  2009,  2136 
  • 62b Prakash GKS. Wang F. Stewart T. Mathew T. Olah GA. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.  2009,  106:  4090 
  • 62c Han X. Luo J. Liu C. Lu Y. Chem. Commun. (Cambridge)  2009,  2044 
  • 62d Han X. Kwiatkowski J. Xue F. Huang K.-W. Lu Y. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  7604 
  • 63 Kita T. Georgieva A. Hashimoto Y. Nakata T. Nagasawa K. Angew. Chem. Int. Ed.  2002,  41:  2832 
  • 64 Takada K. Nagasawa K. Adv. Synth. Catal.  2009,  351:  345 
  • 65 Uyeda C. Jacobsen EN. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  9228 
  • 66 Fu X. Loh W.-T. Zhang Y. Chen T. Ma T. Liu H. Wang J. Tan C.-H. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  7387 
  • 67 For a review on guanidines as ligands, see: Coles MP. Chem. Commun. (Cambridge)  2009,  3659 
  • 68 Köhn U. Schulz M. Görls H. Anders E. Tetrahedron: Asymmetry  2005,  16:  2125 
  • 69 Lee R. Yang Y. Tan GK. Tan C.-H. Huang K.-W. Dalton Trans.  2010,  39:  723